DE673884C

DE673884C - Arrangement to limit the fault current with the help of a current-dependent resistor when the frame of electrical machines is closed

Info

Publication number: DE673884C
Application number: DES113233D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Ernst Bopp; Dipl-Ing Ernst Grau
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1934-03-14
Filing date: 1934-03-14
Publication date: 1939-03-30

Description

Anordnung, um bei Gestellschluß elektrischer Maschinen den Fehlerstrom mit Hilfe eines stromabhängigen Widerstandes zu begrenzen Man ist bestrebt, den bei Gestellschluß entstehenden Fehlerstrom klein zu halten, damit der durch den Fehlerstrom an der Fehlerstelle hervorgerufene Schaden möglichst begrenzt bleibt. Die Notwendigkeit der Verkleinerung des Fehlerstromes besteht aber nur dann, wenn der Gestellschluß genügend weit .vorn Nullpunkt der Maschine oder einem etwaigen anderen auf Erdpotential befindlichen Punkt der Maschinenwicklung entfernt ist, weil nur in dieseln Falle im Fehlerstromkreis eine erhebliche treibende Spannung auftritt. Da man einen Gestellschluß auch dann erfassen will, wenn er an einer solchen Stelle der Wicklung entsteht, daß die treibende Fehlerspannung nur sehr klein ist, verwendet man nicht konstante Strombegrenzungswiderstände, sondern solche, die sich in ihrer Höhe mach der Größe der treibenden Fehlerspannung richten. Bei bekannten Einrichtungen dienen Eisenwasserstoffwiderstände oder Schaltapparate diesem Zweck. Man möchte damit im wesentlichen erreichen, daß in allen Fehlerfällen ein Wechselstrom solcher Stärke fließt, daß die Relais mit Sicherheit ansprechen, daß er aber nicht wesentlich über diesem Betrag liegt.Arrangement for the fault current when the frame is closed by electrical machines to limit with the help of a current-dependent resistor to keep the fault current occurring when the frame closes so that the through the The damage caused by fault current at the point of fault remains as limited as possible. The need to reduce the fault current exists only if the frame closure is sufficiently far from the zero point of the machine or any other other point of the machine winding that is at earth potential is removed, because only in this case there is a significant driving voltage in the fault circuit occurs. Since you want to capture a frame closure even if it is on one Point of the winding that the driving fault voltage is only very small, one does not use constant current limiting resistors, but those that are adjust in their height mach the magnitude of the driving error voltage. At acquaintances Devices serve this purpose with ferrous hydrogen resistors or switching devices. One would like to achieve essentially that in all fault cases an alternating current Such strength flows that the relays respond with certainty, but that he does not is significantly above this amount.

Je näher man diesem Idealzustande kommt, desto weniger Schaden wird an der Fehlerstelle selbst angerichtet und desto empfindlichere Ansprecheinrichtungen kann man verwenden. Die Anordnung gemäß der Erfindung bedeutet einen weiteren wesentlichen Schritt in dieserRichtung. Gemäß der Erfindung wird ein druckabhängiger Widerstand, z. B. ein Kohledruckregler, zur Strombegrenzung verwendet, gleichzeitig aber die Tatsache berücksichtigt, daß die Zeit, welche der strombegrenzende Widerstand braucht, um sich auf einen hohen Wert der- Fehlerspannung oder des Fehlerstromes umzustellen, zwar sehr kurz, aber doch nicht unendlich klein ist. Gemäß der Erfindung wird daher eine Einrichtung vorgesehen, welche verhindert, daß während dieser kurzen Zeit eine Stromspitze auftritt. Hierzu erweist sich der druckabhängige Widerstand, insbesondere der Kohledruckregler, als besonders geeignet. Die Zeit, die er zur Einstellung auf den Fehlerstrom braucht, ist an und für sich schon sehr gering. Man kann nun aber zusätzlich den auf ihn ausgeübten Druck, der in erster Linie von der Fehlerspannung und dem Fehlerstrom abhängig gemacht werden muß, auch noch in anderer Weise beeinflussen, so daß die erwähnte Stromspitze herabgesetzt oder ganz vermieden wird. Man könnte z. B. die Anordnung so treffen, daß der Kohlewiderstand bei fehlerlosem Zustand der Maschine vom Druck entlastet ist und erst nach Entstehung eines Gestellschlusses unter Druck gesetzt wird.The closer you get to this ideal state, the less damage there will be at the point of failure itself and the more sensitive response devices can be used. The arrangement according to the invention means a further essential Step in that direction. According to the invention, a pressure-dependent resistor, z. B. a coal pressure regulator, used to limit the current, but at the same time the Fact takes into account that the time which the current-limiting resistor needs, to adjust to a high value of the fault voltage or fault current, very short, but not infinitely small. According to the invention, therefore a device is provided which prevents during this short time a Current peak occurs. For this, the pressure-dependent resistance proves in particular the coal pressure regulator, as particularly suitable. The time it took to recruit the fault current needs is in and of itself very low. But you can now in addition, the pressure exerted on it, which is primarily due to the error voltage and the fault current must be made dependent, also influence it in other ways, so that the current peak mentioned is reduced or avoided entirely. One could z. B. make the arrangement so that the carbon resistance in faultless condition the machine is relieved of pressure and only after it has occurred one Closing the frame is pressurized.

Damit man die vorteilhaften Eigenschaften des Kohlewiderstandes, insbesondere seinen großen Regelbereich, mit dein sich Spannungsgrenzwerte im Verhältnis i : 2o leicht erreichen lassen, voll ausnutzen kann, ist es erforderlich, ihn vor zu hoher Erwärmung zu schützen. Aus diesem Grunde wird der über ihn fließende Fehlerstrom nach Ablauf einer bestimmten Zeit seit Entstehung des Gestell-Schlusses abgeschaltet. Dies ist vor allem in den Fällen notwendig, in denen sich =die Betriebsleitung entschließt, trotz des aufgetretenen Gestellschlusses die Maschine noch weiter in Betrieb zu lassen, etwa wenigstens so lange, bis eine Ersatzmaschine angelassen ist.So that you get the beneficial properties of the carbon resistance, in particular its large control range, with which voltage limit values in the ratio i: 2o can easily be reached, take full advantage of it, it is necessary to have it before too to protect against high temperatures. For this reason, the fault current flowing through it switched off after a certain time has elapsed since the end of the frame. This is especially necessary in those cases where = the management decides the machine continues to operate despite the frame closure leave it on, at least until a replacement machine is started.

Zur Erläuterung der Erfindung dienen die Ausführungsbeispiele. In Fig. i ist die Wicklung eines Generators i mit einer Gestellschlußschutzenrichtung versehen, die aus einem wattmetrischen Relais a besteht, dessen Stromspule an eine Stromwandlerschaltung 3 und dessen Spannungsspule an den Sekundärkreis einer Gestelldrossel 4 angeschlossen ist. Wenn das wattmetrische Relais :2 den Kontakt 5 schließt, wird beispielsweise die Auslösespule A erregt, die den nicht gezeichneten Hauptschalter auslöst. Weitere Anordnungen, die zu einer vollständigen Schutzeinrichtung noch gehören, wie z. B: die Anordnung zur selbsttätigen Entregung oder Schnellentregung, die Anordnungen zur Abschaltung der Antriebsinäschinen usw., sind, weil sie nicht zur Erfindung gehören, nicht dargestellt.The exemplary embodiments serve to explain the invention. In Fig. I is the winding of a generator i with a frame fault direction provided, which consists of a wattmetric relay a, whose current coil to a Current converter circuit 3 and its voltage coil to the secondary circuit of a frame choke 4 is connected. When the wattmetric relay: 2 closes contact 5, will For example, the trip coil A energizes the main switch, not shown triggers. Further arrangements that make up a complete protective device include, such as B: the arrangement for automatic de-excitation or rapid de-excitation, the arrangements for switching off the drive machines, etc., are because they are not belong to the invention, not shown.

Die Gestelldrossel 4 besitzt eine sekundäre Dreieckwicklung, welche einen Strommagneten 6, einen druckabhängigen Kohlewiderstand 7 und einen konstanten Widerstand 8 enthält.The frame choke 4 has a secondary triangular winding, which a current magnet 6, a pressure-dependent carbon resistor 7 and a constant one Resistor 8 contains.

Bei einem Gestellschluß entsteht ein Strom im Sekundärkreis der Gestelldrossel4. Für die Größe dieses Stromes und somit auch für die Stärke des primären Fehlerstromes ist der Gesamtwiderstand der Gestelldrossel maßgebend. Der Kohlewiderstand 7 steht unter dem Drück eines Hebels io, welcher um den Punkt i i drehbar ist und unter der Einwirkung einer Federkraft 12 steht. Je größer nun der Strom in der Spüle 6 und in dem Widerstand 7 wird, um so stärker wird die Zugkraft des Magneten 6, welche der Kraft der Feder 12 entgegenwirkt. Auf diese Weise wird also der Widerstand 7 vorn Drück um so stärker entlastet, je größer der Fehlerstrom ist. Die Kräfte des Magneten 6 und der Feder 12 sind mit Rücksicht auf die Druckabhängigkeit des Widerstandswertes der Kohlesäule 7 so aufeinander abgestimmt, daß sich bei allen im geschützten Bereich möglichen Lagen der Gestellschlußstelle ein nahezu vollkommen konstanter Sekundärstrom ergibt. Der Sekundär-Strom ruft dann in einem konstanten Widerstand 8 eine konstante Spannung hervor, welche zur Erregung der Spannungsspule des Wattmeters 2 dient.If the frame closes, a current is generated in the secondary circuit of the frame choke4. For the size of this current and thus also for the strength of the primary fault current the total resistance of the frame throttle is decisive. The carbon resistor 7 is under the pressure of a lever io, which is rotatable about the point i i and below the action of a spring force 12 is available. The greater the current in the sink 6 and in the resistor 7, the stronger the pulling force of the magnet 6 becomes, which the force of the spring 12 counteracts. So in this way the resistor becomes 7 The greater the fault current, the more relieved the load at the front pressure. The powers of the Magnet 6 and the spring 12 are with regard to the pressure dependency of the resistance value the coal column 7 so matched that in all in the protected area possible positions of the frame connection point an almost completely constant secondary current results. The secondary current then gets a constant resistance 8 in a constant Voltage, which is used to excite the voltage coil of the wattmeter 2.

Um nun zu verhindern, daß im ersten Augenblick nach Entstehen eines Gestellschlusses eine Stromspitze auftritt, ist die Anordnung so getroffen, daß der Kohlewiderstand 7 bei fehlerlosem Zustand des Generators i entlastet ist. Zu diesem Zweck ist eine Verklinkung angewendet, durch welche die Zugkraft der Feder 12 aufgenommen wird. Die Verklinkung wird durch eine Sperrklinke 2o gebildet,. die den über seinen Drehpunkt i i hinaus verlängerten Hebel festhält. Diese Sperrklinke 2ö wird von einem Magneten -21 ausgelöst, sobald auf der Sekundärseite der Gestelldrossel4 eine Nullpunktverlagerungsspannung auftritt. Sobald die Sperrklinke 2o den Hebel io freigibt, überträgt sich die Kraft der Feder 12 als Druckkraft auf die Kohlesäule 7. Da in diesem Augenblick aber auch bereits der Strommagnet 6 erregt ist, wird also der Kohlewiderstand niemals kleiner als er mit Rücksicht auf die einzustellende Stromstärke werden soll, so daß also bei dieser Anordnung nicht im ersten Augenblick ein zu großer Strom auf einen kleineren Wert herabgemindert wird, sondern daß ein von vornherein sehr kleiner Strom nur in dem erforderlichen Ausmaß. vergrößert wird. Auf welche Weise nach einem Ansprechen der Einrichtung der Druckhebel io und die Sperrklinke 2o wieder in die richtige Anfangsstellung zueinander gebracht werden, ist in der Zeichnung nicht angegeben, da dies für die Erfindung nicht von Bedeutung ist. Im übrigen kann dies selbstverständlich sowohl mit Hilfe von Relais als auch von Hand erfolgen, etwa durch Betätigung eines kleinen Hebels oder Druckknopfes.In order to prevent that in the first moment after the creation of a If a current peak occurs at the end of the frame, the arrangement is such that the carbon resistor 7 is relieved when the generator i is in a faultless state. to for this purpose a latch is used, through which the tensile force of the spring is applied 12 is recorded. The latch is formed by a pawl 2o. the holds the lever extended beyond its pivot point i i. This pawl 2ö is triggered by a magnet -21 as soon as the frame throttle 4 a zero point displacement voltage occurs. As soon as the pawl 2o the lever io releases, the force of the spring 12 is transferred as a compressive force to the coal column 7. Since the current magnet 6 is already excited at this moment, it is So the coal resistance is never smaller than it with regard to the one to be set Amperage should be, so that with this arrangement not at first too large a current is reduced to a smaller value, but that a a very small current from the outset only to the extent required. is enlarged. In what way after a response of the device the pressure lever io and the Pawl 2o are brought back into the correct starting position to each other, is not indicated in the drawing, since this is not important for the invention is. In addition, this can of course both with the help of relays and done by hand, for example by operating a small lever or push button.

Eine Anordnung, bei welcher ebenfalls der Kohlewiderstand 7 normalerweise von jedem Druck entlastet ist, zeigt Fig. 2. Der Druckhebel steht bei dieser Anordnung unter der Einwirkung der Feder 12, welche aber im Gegensatz zu den anderen Ausführungsbeispielen normalerweise nicht gespannt ist. Die Feder 12 wird vielmehr erst gespannt, wenn ein von der Nullpunktsverlagerungsspannung erregtes Relais 25 ein Gleichstromrelais 26 einschaltet, so daß dieses seinen Anker anzieht und dadurch die Feder 12 spannt. Erst von diesem Augenblick an wirkt auf den Hebel io eine Kraft, welche der Differenz der Stromkraft der Spüle 6 und der Federkraft der Feder 12 gleich ist, so daß also auch bei dieser Anordnung von vornherein der Widerstand im Sekundärkreis der Gestelldrossel sehr groß ist und nur nach Bedarf vermindert wird, um die für das Ansprechen der Relais erforderliche Stromstärke zu gewinnen. Die Anordnungen, die in Fig. i und Fig.2 dargestellt sind, lassen sich natürlich leicht in unwesentlichen Punkten, beispielsweise in der Art, wie die normalerweise bestehende Druckentlastung durch ein Anregerelais beseitigt wird, abwandeln. . Beispielsweise kann auf den Hebel To normalerweise eine Feder im Sinne einer Kraft der Spule 6 einwirken, und diese Kraft kann so hoch bemessen werden, daß sie größer ist als die Kraft der Feder 12, was durch Wahl eines geeigneten Angriffspunktes oder auch durch entsprechende Federstärke ohne weiteres zu erzielen ist. Im. Augenblick des Ansprechens eines bei der Nullpunktverlagerungsspannung erregten Relais kann diese zusätzliche Kraft durch die Kraft eines Hilfsrelais aufgehoben werden, so daß von diesem Augenblick an nur die Kraft der Feder 12 und die Kraft der Magnetspule 6 wirken.An arrangement in which the carbon resistor 7 is also normally is relieved of any pressure, Fig. 2. The pressure lever is in this arrangement under the action of the spring 12, which, however, in contrast to the other exemplary embodiments usually not excited. Rather, the spring 12 is only tensioned when a relay 25 excited by the zero offset voltage is a DC relay 26 turns on, so that it attracts its armature and thereby tensions the spring 12. Only from this moment on does a force acting on the lever io that of the difference the current force of the sink 6 and the spring force of the spring 12 is the same, so that Even with this arrangement, the resistance in the secondary circuit of the frame throttle from the outset is very large and only as needed is reduced to the for that Response of the relay to gain the required amperage. The arrangements that are shown in Fig. i and Fig.2, can of course easily be in unimportant Points, for example in the way of the normally existing pressure relief is eliminated by a start relay, modify. . For example, the Lever To normally act as a spring in the sense of a force of the coil 6, and this force can be dimensioned so high that it is greater than the force of the spring 12, what by choosing a suitable point of attack or by appropriate Spring strength can be achieved easily. At the moment of addressing one when the relay is energized at the zero offset voltage, this additional force can be used be canceled by the force of an auxiliary relay, so from that moment only the force of the spring 12 and the force of the solenoid 6 act.

Einen anderen Weg, die- Druckbelastung des Kohlewiderstandes 7 erst dann einzuschalten, wenn vorher der Reglerinagnet 6 erregt ist, so daß auch nicht vorübergehend eine gefährliche Verkleinerung des Widerstandes 7 eintreten kann, zeigt Fig. 3. Es sind dort die drei Sekundärwicklungen der Gestelldrossel q. wiedergegeben und der an diese Sekundärwicklung angeschlossene Stromkreis, welcher die Reglerspule 6 und den Kohledruckwiderstand 7 enthält. Auf den Kohledruckwiderstand 7 wirkt wie in den anderen Beispielen ein Druckhebel To, welcher normalerweise unter der Einwirkung einer Feder 12 steht. Dennoch ist der Kohlewiderstand 7, solange kein Erdschluß entstanden ist, vom Druck entlastet, und zwar mittels eines in Ruhestromschaltung arbeitenden Hilfsmagneten 30, welcher von einer beliebigen Stromduelle, beispielsweise einer Gleichstromduelle, gespeist wird und welcher im gleichen Sinne wie die Kraft der Reglerspule 6 wirkt und stark genug ist, um den Kohlewiderstand 7 von der Druckbelastung durch die Feder 12 in gewünschtem Maße, beispielsweise vollständig, zu entlasten.Another way, the pressure load of the carbon resistor 7 only then turn on when the regulator magnet 6 is previously excited, so that also not temporarily a dangerous reduction in resistance 7 can occur, shows Fig. 3. There are the three secondary windings of the frame choke q. reproduced and the circuit connected to this secondary winding, which is the regulator coil 6 and the carbon pressure resistor 7 contains. On the carbon pressure resistance 7 acts like in the other examples a pressure lever To, which is normally under the action a spring 12 stands. Nevertheless, the carbon resistance is 7 as long as there is no earth fault has arisen, relieved of pressure, namely by means of a closed circuit working auxiliary magnet 30, which from any current duel, for example a direct current duel, which is fed and which in the same sense as the force the regulator coil 6 acts and is strong enough to remove the carbon resistance 7 from the pressure load relieved by the spring 12 to the desired extent, for example completely.

Sobald aber ein Gestellschluß entsteht, spricht ein von der Nullpunktverlagerungsspannung erregtes Relais 31 an, welches ein Hilfsrelais 32 einschaltet, so daß bei seinem Ansprechen der Schalter 33 den Erregerstrom der Spule 30 unterbricht. Von diesem Augenblick an verschwindet die Kraft des Hilfsmagneten 30. Da die Erregung des Relais 31 zugleich mit der Erregung des Magneten 6 entsteht, anderseits aber bis zur Unterbrechung des Kontaktes 33 erstens die Zeit bis zur Schließung des Kontaktes des Relais 31 und zweitens die Zeit bis zur Bewegung des Ankers des Relais 32 vergeht, ist also zwangsläufig sichergestellt, daß die Abschaltung der Spule 30 erst wirksam wird, nachdem die Spule 6 erregt ist und ihrerseits die Steuerung des Kohledruckwiderstandes ,~ übernommen hat.But as soon as a frame closure occurs, a relay 31 excited by the zero point displacement voltage responds, which switches on an auxiliary relay 32 so that when it responds, the switch 33 interrupts the excitation current of the coil 30. From this moment on, the force of the auxiliary magnet 30 disappears. Since the excitation of the relay 31 occurs at the same time as the excitation of the magnet 6, on the other hand, however, until the contact 33 is interrupted, firstly the time until the contact of the relay 31 closes and secondly the time until to move the armature of the relay 32 passes, so it is inevitably ensured that the disconnection of the coil 30 is only effective after the coil 6 is energized and in turn has taken over the control of the carbon pressure resistor ~.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Arrangement to close the frame of electrical machines to limit the fault current with the help of a current-dependent resistor by a current-limiting, pressure-dependent resistor (e.g. carbon pressure resistor) and by an additional device influencing the control pressure, which prevents that before the current-limiting resistor is adapted to an occurring fault current has, an initial current peak can develop in the fault circuit.

2. Arrangement according to claim i, characterized in that a pressure lever (To) acts on the carbon resistor (7) can only exert a pressure if by an appealing frame closure Relay (21) a lock on this lever is released (Fig. I).

3. Arrangement according to Claim i, characterized in that a spring (12) which in the tensioned state exerts a pressure on the carbon resistor (7), only through a response when the frame is closed Relay (25) is charged (Fig. 2). d ..

Arrangement according to claim i, characterized in that that the carbon resistor (7) by an auxiliary magnet (30) or by an auxiliary winding relieved of pressure on the regulating magnet (6) if the generator is in a faultless condition is and that the auxiliary magnet (30) or the auxiliary winding only when a Gestellschlussec is switched off (Fig. 3).

5. Arrangement according to claim 4, characterized characterized in that the carbon resistance is relieved by an auxiliary current which if the generator is in a faultless condition, it flows in the winding of the electromagnet (6), but is switched off when a gesture closure occurs.

6. Arrangement according to claim i or one of the following, characterized in that after a previous set time since the start of the frame closure of the current through the carbon resistor is interrupted.